[發明專利]紅外LED及其制備方法

有效

• 申請號: 201710347606.6
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107316921B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 冉文方
• 申請（專利權）人: 蔡翔
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 11823 北京鼎德寶專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 牟炳彥<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種紅外LED及其制備方法，該方法包括：選取Si襯底；在Si襯底表面生長Ge外延層；在Ge外延層表面上淀積保護層；利用LRC工藝晶化Si襯底、Ge外延層、保護層；刻蝕保護層，形成晶化后的Ge層；對晶化后的Ge層進行摻雜形成P型晶化Ge層；在P型晶化Ge層表面連續生長Ge層、N型Ge層和N型Si層；制作金屬電極，最終形成紅外LED。本發明采用激光再晶化(Laser Re?Crystallization，簡稱LRC)工藝可有效降低Ge虛襯底的位錯密度、表面粗糙度、界面缺陷，提升Ge虛襯底的質量。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，特別涉及一種紅外LED及其制備方法。

背景技術

半導體集成電路是電子工業的基礎，人們對電子工業的巨大需求，促使了該領域的迅速發展。并一直遵循著Moore定律發展，隨著特征尺寸逐漸減小，集成電路的電互連出現了傳輸延遲、帶寬密度等一系列問題。因此光互連成為現代集成電路更好的選擇，其中發光管將電信號轉換為光信號是光電集成的關鍵器件之一。

目前，半導體光源主要使用III-V族半導體材料，但是其價格昂貴、導熱性能和機械性能較差，以及與現有的成熟的Si工藝兼容性差等缺點，限制了其在Si基光電集成技術中的應用。而同為IV族元素的Ge材料因其與Si的可集成性及其獨特的能帶結構有望成為Si基光電集成回路中的光源。依據文獻報道，利用Si襯底與Ge外延層之間的熱失配，在Ge外延層中引入低強度張應變，同時結合n型重摻雜的能帶工程手段，可使Si襯底上的Ge外延層材料由間接帶隙轉變為準直接帶隙半導體材料，并基于該GeSi虛襯底材料制備了PiN結構的發光器件(LED)。

然而，由于Si襯底與Ge外延層之間的晶格失配較大(約4％)，采用常規兩步法工藝制備的Ge外延層存在GeSi界面差、熱預算高、工藝周期長、以及位錯密度高等問題，制約了Ge紅外LED發光器件性能的提升。

發明內容

因此，為解決現有技術存在的技術缺陷和不足，本發明提出一種紅外LED及其制備方法。

具體地，本發明一個實施例提出的一種紅外LED的制備方法，包括：

選取Si襯底；

在所述Si襯底表面生長Ge外延層；

在所述Ge外延層表面上淀積保護層；

利用LRC(激光再晶化)工藝晶化所述Si襯底、所述Ge外延層、所述保護層；

刻蝕所述保護層，形成晶化后的Ge層；

對晶化后的所述Ge層進行摻雜形成P型晶化Ge層；

在所述P型晶化Ge層表面連續生長Ge層、N型Ge層和N型Si層；

制作金屬電極，最終形成所述紅外LED。

在本發明的一個實施例中，在所述Si襯底表面生長Ge外延層，包括：

在275℃～325℃溫度下，利用CVD(化學氣相淀積)工藝在所述Si襯底表面生長40～50nm厚度的Ge籽晶層；

在500℃～600℃溫度下，利用CVD工藝在所述Ge籽晶層表面生長150～250nm厚度的Ge主體層。

在本發明的一個實施例中，在所述Ge外延層表面上淀積保護層，包括：

利用CVD工藝在所述Ge主體層表面淀積100～150nm厚度的SiO₂層。

在本發明的一個實施例中，利用LRC工藝晶化所述Si襯底、所述Ge外延層、所述保護層，包括：